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API 6A高磅级暗杆平板阀实现阀前密封的难点分析
发布时间:2019-09-13   点击次数:73次

    一、前言

    API 6A暗杆平板闸阀阀前密封原理:在没有压力或低压的情况下,通过阀座后的波形弹簧提供预紧力,推动阀座压向闸板,并与之贴合实现密封,当有压力时,通过阀座前后形成的密封比压,产生推力,使阀座向闸板移动并且贴合在入口端实现密封。

    一般情况下,闸板的厚度大于设计计算得出的闸板最小厚度即可,但是由于暗杆平板闸阀闸板中间设计不通孔以装配阀杆,导致受压时闸板变形量过大。而且经过密封试验,这一系列的阀门均在闸板上口出现了不同程度的泄漏。根据几台样机出现的不同结果,结合其相应闸板的单边厚度,分析得出,其出现泄漏及泄漏的程度都与闸板单边厚度有关,故采用 COSMOS有限元分析与试验相结合的方式来解决这个难点。

    二、分析闸板厚度对受压变形的影响

    首先,对闸阀2-1/16GBNⅠ10MJ的闸板进行分析,通过有限元分析得出同一种闸板不同厚度的变形情况:

    l)改进前闸板厚度42mm,闸板单边厚度7mm,如图1所示,图2是在10000psi(1psi=6.895kPa)压力下闸板的位移量,密封面最外圈从闸板下口开始逆时针方向测量一周的位移量如图3。

API 6A高磅级暗杆平板阀实现阀前密封的难点分析.png

    图 1 改造前闸板

API 6A高磅级暗杆平板阀实现阀前密封的难点分析1.png

    图 2 改造前闸板位移量

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    图 3 密封圈一周位移量

    分析结果,得出:闸板受压时,闸板上口为变形即位移最大处,最大位移为0.026mm,闸板左右两侧为变形即位移最小处,最小位移为0.011mm左右,相对位移为0.015mm。

    2)改进后闸板厚度48mm,闸板单边厚度10mm,在10000psi压力下闸板的位移量如图4,图5表示密封面最外圈从闸板下口开始逆时针方向测量一周的位移量。

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    图 4 改造后闸板位移量

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    图 5 改造后密封面一周位移量

    分析结果,得出:闸板受压时,闸板上口为变形即位移最大处,最大位移为0.0205mm,闸板左右两侧为变形即位移最小处,最小位移为0.014mm左右。相对位移为0.0065mm。

    其次,对闸阀3-1/16GBNⅠ10MJ的闸板进行分析,通过有限元分析得出同一种闸板不同厚度的变形情况,测量方法同前,从闸板密封面下口开始沿密封圈外圆逆时针方向测量。

    闸板厚度为50mm,闸板单边厚度7mm时,在10000psi压力下密封面最外圈从闸板下口开始逆时针方向测量一周的位移量如图6,闸板厚度为60mm,闸板单边厚度12mm时,密封面最外圈从闸板下口开始逆时针方向测量一周的位移量如图7。

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    图 6 闸板厚度为50mm,闸板单边厚度7mm时密封面一周的位移量

API 6A高磅级暗杆平板阀实现阀前密封的难点分析6.png

    图 7 闸板厚度为60mm,闸板单边厚度12mm时密封面一周的位移量

    同理,闸板厚度为50mm 时,最大位移为0.038mm左右,最小位移为0.014mm左右。相对位移为0.024mm;厚度为60mm时,最人位移为0.0301mm左右,最小位移为0.017mm左右。相对位移为0.0131mm。

    三、分析阀座密封面宽度对受压变形的影响

    对闸阀3-1/16GBNⅠ15MJ的闸板进行分析,理论分析得知,如果密封面宽度稍微加大,可以增加受压时闸板的支撑面积,如图8所示,可以减小受压时的变形,通过有限元分析,得出如下结论。

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    图 8 闸板支撑面积

    闸板厚度为60mm,单边厚度为13mm时分析得出的密封面变形位移如图9,最大位移最为0.047mm左右,最小位移为 0.026mm,相对位移量为0.021mm。

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    图 9 闸板厚度为60mm,单边厚度为13mm时密封面变形位移

    闸板厚度为66mm,单边厚度为16mm,密封面宽度不变时,分析得出的密封面变形位移如图10,最大位移量为 0.0445mm左右,最小位移为0.0275mm,相对位移量为0.017mm。

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    图 10 闸板厚度为66mm,单边厚度为16mm时密封面变形位移

    闸板厚度为60mm,单边厚度为13mm 密封面宽度增加1.5mm时分析得出的密封面变形位移如图11,最大位移量为0.044mm左右,最小位移为0.025mmm,相对位移量为0.019mm。

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    图 11 闸板厚度为60mm,单边厚度为13mm,密封面宽度增加1.5mm时分析得出的密封面变形位移

    闸板厚度为66mm,单边厚度为16mm,密封面宽度增加1.5mm时分析得出的密封面变形位移如图12,最大位移量为 0.043mm左右,最小位移为0.027,相对位移量为0.016mm。

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    图 12 闸板厚度为66mm,单边厚度为16mm,密封面宽度增加1.5mm时分析得出的密封面变形位移

    四、结论

    根据以上分析结果,不难看出,影响密封的因素主要有两个:第一是闸板的厚度,第二是密封面宽度。尤其是在更高磅级的情况下,密封面的宽度起着比较大的作用。不仅如此,在改变闸板厚度等因素时,还应将与之相关联的尺寸也进行相应的改变,不要产生过大的厚度差。

    根据理论分析进行改进的3台样机已经全部试验成功。因此在设计计算时,闸板的厚度除了要满足计算的结果之外,还要符合分析结果;密封面的计算不仅要满足密封比压的要求,还应特殊考虑阀前密封这一特点。两者结合考虑,可大大改善阀门的密封性能,达到分析结果满足闸板密封面最外侧的相对变形位移量在0.015mm左右。

    API 6A阀门磅级大于或等于10000psi的阀门属于高磅级阀门,虽然比较不容易实现,但是在理论分析与试验相结合的努力下,API 6A高磅级暗杆平板阀前密封类别的阀门设计试验初见成效,已有几台样机试验成功。但是更多的可能影响暗杆闸阀阀前密封性能的因素还值得进一步去探讨和研究。

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